V锥流量计的基本功能测量原理

简介

　　V锥流量计源于美国McCROMETER，是一种极具优势的新型差压式流量仪表。从二十几年前诞生开始，就以其常规差压仪表无法相比的的诸多优点，迅速在流量测量领域得到了广泛的应用和好评。V锥流量计是一种全新的差压式流量计量装置，它以独特的边壁逐步收缩节流方式，一改传统节流装置的几乎所有的缺点，是差压流量计革命性成果。其原理与其他差压式流量计一样，是经典的密闭管道中能量守恒原理和流动连续性原理，并具有自整流、自清洗、自保护功能；直管段要求极短，无积污、堵塞，可保持长期稳定性；锥体后端高频低幅的小噪声使测量下限相对很低，从而使量程比达15：1；其永久压损只及孔板的1/3和文丘里管相似。因此，V锥流量计可广泛应用于石油、化工、电力、供热等国民经济各领域。

组成部份

V锥传感器和差压变送器组成的V锥流量计(同类的差压流量计还有孔板流量计、楔形流量计、弯管流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、阿牛巴流量计、威力巴流量计、毕托巴流量计、A+K平衡流量计，这些差压流量计都可以配多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器、差压流量变送器）

　　依照用户要求不同，利用V锥传感器和差压变送器组成流量检测仪表供货分为二类：

1．V锥传感器

　　只提供差压信号的检测部分（V锥体及测量管道），不提供差压变送器、三阀组和流量显示部分，输出信号为差压。由用户自己进行配套。

2．V锥流量计(同类的差压流量计还有孔板流量计、楔形流量计、弯管流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、阿牛巴流量计、威力巴流量计、毕托巴流量计、A+K平衡流量计，这些差压流量计都可以配多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器、差压流量变送器）　　由V锥传感器和差压变送器组成。有分体型安装和一体型安装两种结构。

　　分体型安装由独立的V锥传感器和差压变送器组成。V锥传感器和差压变送器之间的引压管连接由用户自己完成。而差压变送器或者多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器可以配套供应。

　　一体型安装是产品出厂时己将差压变送器、三阀组与V锥传感器连接成一体，用户购买一体型V锥流量计后，使用时不需再连接引压管。若需配接相应的流量积算器、压力变送器和温度变送器可以配套供应。

技术指标

　　▲高精度：±0.075%

　　▲高稳定性：优于0.1%fs/年

　　▲高静压：40mpa

　　▲连续工作5年不需调校

　　▲可忽略温度、静压影响

　　▲抗高过压

结构

V锥流量计是以一个同轴安装在测量管内的尖圆锥体为节流件的新型差压式流量测量装置，它是一种基于文丘里管测量原理，并集经典文丘里管、环形孔板和耐磨孔板优点于一体的新型节流装置。

由于V锥流量计采用特殊的结构形式，它具有以下特点：

1、上、下游直管段要求较短：上游直管段长度为0-3d，下游直管段长度为0-1d。

2、精确度：±0.5%；重复性是0.1%；量程比达到15：1。

3、耐脏污、压损小。

4、具有流动调整和对流体的混合作用。

5、安装方便，是进行技术改造的理想的流量计；

6、免维护或维护工作量很小。

主要特点 (同类的差压流量计还有孔板流量计、楔形流量计、弯管流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、阿牛巴流量计、威力巴流量计、毕托巴流量计、A+K平衡流量计，这些差压流量计都可以配多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器、差压流量变送器）　　精度高：V锥型流量计的精度为测量值的±0.5％，贸易计量级为±0.3％（系统精度需参照应用条侏及二次仪表的精度）。

　　重复性好：V锥型流量计的重复性很好，为±0.1％。

　　量程比宽：V锥型流量计的量程较其它类型的差压流量计大得多，正常情况下为10：1，若有必要不是也可加大。在雷诺数高于8000时输出信号为线性，若低于8000也可测量，但需对输出信号根据曲线进行修正。

　　直管段要求低：伯努力方程要求受测流体为理想流体，在实际应用中这是根本不可能的，很多情况会造成流体分布不均匀，如弯头，阀门，缩径，扩径，泵，三通等等，对其它仪表而言，这是一个很难解决的问题。V锥流量计可在极为恶劣的情况下均匀流体分布，如在紧邻仪表上游有单弯管，双弯管，经过锥体“整流”后的流体分布比较均匀可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度，由于V型流量计可均匀流体分布曲线，因此同其它类型的差压流量计相比，对上下游直管段的要求小，建议安装时在上游留0-3D的直管段，在下游留0-1D的直段管。当用户的管道尺寸大，管道价格高或直管段不够的情况下，V锥型流量计将是最佳选择。在过去十年内，对V型流量计的上游有一个90℃的单弯管或两个不在一个平面上的双弯管的情况进行了测试，测试结果表明，V锥型流量计可在紧邻它的地方装有一个弯管或不在同一个平面上的双弯管而不会对测量精度有影响。

　　V锥流量计特有结构所形成的边界层效应，使节流件关键部位不会磨损，因此可以保持几何尺寸长期不变，因此能长期稳定工作而无须标定。

　　V锥流量计是纯机械体，因此耐高温、耐高压、耐腐蚀及不怕振动。

　　可测的流体广泛（液体、气体、蒸汽），测量范围宽（微小流量～大流量），适用的管径DN15～DN3000。

　　塔形（V形锥）V锥流量计与其它差压式流量仪表原理相同，也是一种节流式差压流量计。塔形（V形锥）的出现，打破了沿袭近百年的结构模式，使得节流式差压仪表产生了“质的飞跃”。塔形（V形锥）V锥流量计的重大突破在于“变流体在管道中心中心收缩为边壁收缩”。该流量计采用了多孔取压、环室取压，一体化安装等多项专利技术。广泛用于特脏污流体中的计量（如：钢铁厂的焦炉煤气、高炉煤气等）。

重大突破 (同类的差压流量计还有孔板流量计、楔形流量计、弯管流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、阿牛巴流量计、威力巴流量计、毕托巴流量计、A+K平衡流量计，这些差压流量计都可以配多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器、差压流量变送器）

　　V锥流量计的重大突破在于“变流体在管道中心中心收缩为边壁收缩”。即利用同轴安装在管道中的V形锥体，迫使流体从中心逐渐收缩到管道内壁而流过V形锥体，通过测量V形锥体前后的差压来求得流量。正是这个边壁收缩的结构，使其具有一系列其它差压仪表无法相比的优点，克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点，可以说这是流量仪表一场革命性的变化，从此揭开了差压式仪表崭新的一面。

节能效果

　　对于流量仪表来讲，耗能的高低取决于流量计的永久压力损失，压损大的耗能

　　大，压损小的耗能小。由于在冶金行业中孔板仪表使用的较多，下面把孔板与V锥

　　压力损失做一个对比，看一看二者在测量流量过程中能耗的大小。

　　举例1：某厂饱和蒸汽流量测量，管道内径257；工作绝压0.9MPa；工作温度

　　175.35℃；密度4.655kg/m3；最大流量30t/h；常用流量20t/h。

　　孔板和V锥取相同的β＝0.6。

　　计算结果如下(有关计算公式及计算过程见光盘资料）：

　　常用流量20t/h时，孔板的压力损失为：14.162kPa

　　V锥的压力损失为：6.523kPa

　　孔板比V锥的永久压力损失大7.639kPa ,在输送同样流量条件下,孔板比V锥每小时

　　多耗能11.395kW/h。如果按照目前工业平均电能费0.8元／（kW.h），一年按开车

　　300天计算，仅一套孔板流量计将比V锥流量计每年多支出电费：

　　0.8(元）×11.395（kW/h）×24（小时）×300（天）＝6.563万元

　　举例2：高炉煤气，管道内径：702.4mm,工作压力（G）：12kPa，温度：70℃，

　　当地大气压：98.39kPa，工作密度1.0326kg/m3，常用流量25000m3/h

　　孔板和V锥取相同的β＝0.6955。计算结果如下：

　　在常用流量下孔板的压力损失为：1.894kPa

　　V锥的压力损失为：0.479kPa

　　孔板比V锥的永久压力损失大1.415kPa ,在输送同样的流量条件下每小时多耗能

　　12.283kW/h。按照工业电能费0.8元／（kW.h），每年按开车330天计算，仅一套孔

　　板流量计将比V锥流量计每年多支出电费：

　　0.8(元）×12.283（kW/h）×24（小时）×330（天）＝7.783万元

　　通过以上计算可以看出，平时并未引起我们重视的一套小小流量计量，在选用

　　何种类型的仪表上，竟有如此大的潜力（或如此大的浪费没有发现）可以挖掘，可

　　见V锥流量计的节能效果是非常显著的。在我国电力能源目前尚供应不够充足的情

　　况下，使用节能的流量仪表不但为企业本身创造了利润，也符合国家倡导的节能减

　　排的产业政策。

产品类型 (同类的差压流量计还有孔板流量计、楔形流量计、弯管流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、阿牛巴流量计、威力巴流量计、毕托巴流量计、A+K平衡流量计，这些差压流量计都可以配多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器、差压流量变送器）

　　对于塔形流量计，一次传感器部分是指流量计本体如何与工艺管道连接的工作、尽管流量计有多种结构形式，如：管道式、夹装式、对焊式等。如果描述不作特殊说明，安装方法是等同的。由于流量计具有对流体流动状态整流的功能，因此一次传感器部分的安装要求远不孔板等相对宽松的多。由于流量计是管段式，它与工艺管道的同轴度、垂直度无严格的要求。

　　1、管道法兰式：是指流量计两端有安装法兰。与工艺管道两端同规格的安装法兰（也称用户法兰）连接，是比较常用的结构形式，适用的口径（DN50mm～3000mm）。此种形式适用于节流装置与差压变送器分体安装时选用，一般常用于测量蒸汽流量时使用，在测量其他高温介质时也可以使用。

　　2、法兰夹装式：用于小口经流量计的安装形式，每台流量计玉工艺管道只需2片法兰。法兰与工艺管道焊接在一起，再把流量计夹装在两法兰之间。此中安装方法与涡街流量计（≤300mm）安装方法相同。

　　3、小口径一体化式：适用口径≤DN40mm，介质温度≤120℃的流体。该结构是把差压变送器直接与塔形流量计组合成一个整体。二者之间无导压管、取压阀、三阀组。使安装变的非常简单（与涡街流量计安装方法相同）。差压变送器调节零点时需要关闭工艺管道的阀门，就可以调零。

　　注意：此安装方式，不能用于测量高温介质的场合，是因为高温介质会进入差压变送器测量室内，损坏变送器测量膜片。

　　4、管道对焊式：是指塔形流量计与工艺管道无法兰连接（流量计本体无法兰），安装时直接把流量计与工艺管道焊接在一起。该结构成本相对较低（减少4片法兰的成本），属于一次性安装。一般用于较大口径的场合。

　　5、常规流体一体化式：是指介质温度≤120℃的流体，适用管径：DN50～DN3000。生产厂家根据不同的流体和用户要求，出厂时在流量计上为用户焊接（或装配）好阀门和三阀组。在现场安装时由用户把流量计与变送器组装在一起即可。

　　6、蒸汽一体化式：是指测量蒸汽流量时，把变送器与塔形流量计组装在一起，变送器与流量计之间要装配我公司“蒸汽专用三阀组”部件，从而取消了导压管并大大简化了取压结构。

　　7、液体防冻式：是指塔形流量计与变送器之间装由我公司“液体专用隔离罐”，罐中装有特殊介质，该介质能在较低的温度下不冻结。此种安装方式在测量液体时，特别在北方冬天室外环境比较低的情况下。往往变送器测量室种的液体容易冻结，损坏变送器。

　　8、方形管道法兰式：是指工艺管道为方形管，而流量计测量管为圆形管道，二者通过一个特制的“方－圆”连接件进行连接。

应用范围 (同类的差压流量计还有孔板流量计、楔形流量计、弯管流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、阿牛巴流量计、威力巴流量计、毕托巴流量计、A+K平衡流量计，这些差压流量计都可以配多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器、差压流量变送器）

　　1、气体

煤气（焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气）

　　天然气，包括含湿量5%以上的天然气

　　各种碳氢化合物气体，包括含湿的HC气体

　　各种稀有气体，如氢、氦、氩、氧、氮等

　　湿的氯化物气体

　　空气，包括含水，含其它尘埃的空气

　　烟道气

　　2、蒸汽

　　饱和蒸气

　　过热蒸汽

　　3、液体

　　油类，包括原油（在一定的粘度下）、燃料油、含水乳化油等

　　水，包括净水、污水

　　各种水溶液，包括盐、碱水溶液

　　含蜡、含有水

　　含油、含沙的水

　　甲苯

　　甲醇、乙二醇等

　　4、特殊流体

　　油＋HC气＋沙

　　加气的水，如H2＋N2＋空气；H2O＋CO2等

工作原理 (同类的差压流量计还有孔板流量计、楔形流量计、弯管流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、阿牛巴流量计、威力巴流量计、毕托巴流量计、A+K平衡流量计，这些差压流量计都可以配多参量变送器、多参数变送器、多参数流量变送器、多变量变送器、差压流量变送器）

UY型V锥流量计属于高精度、高稳定性的新型差压式流量仪表。和其他差压式仪表一样，也是基于流动连续性原理和伯努利方程来计算流体工况流量的。在同一密闭管道内，当压力降低时，速度会增加，当介质接近锥体时，其压力为P+，在介质通过锥体的节流区时，速度会增加，压力会降低为P-， P+和P-都通过V锥形流量计的取压口引到差压变送器上，流速发生变化时，差压值会随之增大或减小。也就是说对于稳定流体，流量的大小与差压平方根成正比。当流速相同时，锥体节流面积越大，则产生的差压值也越大。